科研产出
基于DNDC模型研究春玉米长期秸秆还田的氮肥减施潜力
《植物营养与肥料学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探索秸秆还田对玉米氮肥减施潜力的影响，为东北黑土区养分资源高效利用提供科学依据。【方法】田间定位试验在吉林省公主岭市开展，始于2017年，分别在秸秆还田和离田条件下，设置施氮0、70、140、210、280和350 kg/hm~2，共12个处理。基于田间实测值校正和验证反硝化-分解模型（DNDC,Denitrification-Decomposition），并用校正后的模型模拟30年（1991—2020）秸秆还田对春玉米产量和氮素利用率的影响以及氮肥减施潜力。【结果】DNDC经参数校正后能够较好地模拟秸秆还田和离田条件下各施氮量处理春玉米产量、生物量、氮吸收和土壤无机氮含量，模拟值与实测值的标准平均相对误差（nARE）和标准均方根误差（nRMSE）范围平均分别为-5.7%～7.6%和10.0%～28.5%。依据长期模拟结果，秸秆还田条件下，最大产量施氮量下的春玉米产量、氮素回收率、农学效率和偏生产力比秸秆离田条件下可分别平均提高6.0%、5.5%、2.7 kg/kg和6.7 kg/kg，氮素表观盈余率平均下降36.3%。与秸秆离田条件相比，秸秆还田条件下达到秸秆离田条件下最大产量的施氮量平均减少35.5 kg/hm~2，约为18.4%。最大产量氮肥减施比例随秸秆还田年限的延长而变化，秸秆还田7～15年时的氮肥减施比例最高，平均为23.6%，秸秆还田19～30年的减施比例平均为15.8%。此外，秸秆还田的氮肥减施比例在湿润年最高，平均为20.5%，其次是平水年，平均为18.7%，干旱年最低，平均为15.4%。【结论】相比于秸秆离田，长期秸秆还田可显著提高玉米产量和氮素利用率，减少获得相同产量所需的施氮量以及氮素盈余率。按照DNDC模型预测，我国东北春玉米生产在秸秆还田下的氮肥减施潜力依年降水变化，为10%～20%。
关键词： 春玉米 秸秆还田 氮肥利用率 氮肥减施 DNDC模型
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畜禽种质资源大数据平台应用场景分析与架构研究——以反刍家畜为例
《中国科学:生命科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：随着基因组学和表型组学的快速发展与应用,研究领域产生了大量的畜禽种质资源数据,这为构建种质资源大数据平台奠定了基础.遗传资源保护利用与精准鉴定、种质创新与商业育种、育繁推一体化与市场监管等重要工作逐步开展,为大数据应用提供了业务清晰且维度复杂的应用场景,包括众多利益攸关者、巨量的多源异构数据和众多分析方法.本研究采用领域驱动设计分析种质资源大数据应用场景,以反刍家畜为例从数据标准规范、数据采集模式、数据模型、数据存储、数据挖掘和数据利用等多个方面开展大数据平台架构技术研究,构建了4层结构的畜禽种质资源大数据平台,并结合其他同行的研究成果分析讨论了下一步研究的重点与难点.
关键词： 种质资源 应用场景 维度模型 架构技术 大数据平台
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金银花粗多糖提取工艺优化及其抗氧化活性评价
《食品工业科技 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：采用热水提取法提取金银花多糖,通过单因素实验考察料液比、浸提时间、浸提温度和提取次数4个因素对多糖得率的影响,在此基础上利用响应面法对提取条件进行优化.以DPPH自由基、ABTS+自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基清除能力和总还原力为指标评价金银花粗多糖的抗氧化活性.结果表明:金银花多糖的最佳提取工艺条件为料液比1:30(g/mL)、浸提时间120 min、浸提温度70℃,此条件下多糖的实际得率为6.45%±0.15%,与预测值的相对误差为1.2%.当金银花粗多糖浓度为2 mg/mL时,DPPH自由基、ABTS+自由基、羟基自由基和超氧阴离子自由基的清除率分别为88.56%、99.51%、46.40%和85.88%,总还原力为1.04.该方法制备的金银花粗多糖具有较好的抗氧化能力,这为金银花活性多糖的进一步分离、纯化及结构表征提供了理论依据.
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不同老化方法对生物炭表面特征及镉吸附能力的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为明确不同自然环境过程(氧化还原、降雨、光照)对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响,该研究以不同温度(200、500℃)和气氛(O2、N2)下热解的小麦秸秆生物炭为研究对象,采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化 3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程,并分析老化作用对生物炭理化性质及镉(Cd)吸附能力的影响.结果表明:与初始生物炭相比,老化作用使生物炭表面破碎,孔隙结构增多,提高了生物炭比表面积.干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍,而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍.老化过程使生物炭的官能团种类减少,且含氧官能团数量发生不同程度的变化,其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多,而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少.此外,热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低,经过不同方式老化后的高温生物炭热稳定性均增强.化学氧化、紫外光照、干湿交替 3种老化处理均可提高低温类和高温类生物炭的吸附能力,Cd2+吸附量分别提高 498.95%~799.36%、436.10%~768.43%、35.53%~128.10%.因此,生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类,以促进生物炭环境应用的长远发展.
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毛白杨人工林物候特征和生长对施肥的可塑性响应
《林业科学 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：[目的]明确速生树种物候特征和生长可塑性对施肥的响应机制,为速生丰产林高效养分管理策略的制定提供理论依据.[方法]以我国北方重要速生丰产林树种毛白杨人工林为研究对象,设置了包含 3个施氮量处理(115、230和 345 kg?hm?2a?1)和 1个对照处理(CK;0 kg?hm?2a?1)的施肥试验.试验期间,对不同处理林分的叶面积指数(LAI)、胸径生长速率和生物量进行连续测定,并对不同器官生物量的异速增长关系进行分析.[结果]1)所有施肥处理的叶面积变化规律和胸径生长物候特征均与CK处理相似:毛白杨展叶期为 4月中旬,落叶期为 8月底,5月中旬至 8月林地LAI在 1.60~1.77 m2·m?2 之间,叶面积较稳定.胸径生长起始期为 4月中旬,8月下旬进入枝条封顶期,9月初胸径停止生长,胸径生长节律有明显的"快-慢-快"双峰型生长模式.各施肥处理的胸径生长速率和LAI均大于CK,尤其在生长季后期(8月),胸径生长速率平均比CK处理显著高 71.6%(2011年)和 85.1%(2012年)(P<0.05).2)生物量分配异速分析结果显示:所有处理茎干和胸径的异速方程斜率为 2.4,表明茎干生物量与胸径的生长关系为异速增长,茎干生物量分配比例主要受个体发育的控制而发生改变.施肥能提高茎干生物量分配比例,加速林木个体的发育速度,从而引起了茎干生物量分配的表观变化.CK和施肥处理的叶和地下根系的方程斜率分别为 1.2和 1.0,这表明叶和根系生物量的分配为等速增长.对比发现,施肥处理叶和根系异速方程的常数比CK显著高出 0.4~0.6(P<0.05),这表明当拥有相同根系生物量时,施肥比CK有着更多的叶生物量,使得生物量分配从根向叶转移,即施肥引起了毛白杨叶生物量分配的变化.[结论]在施氮肥条件下,毛白杨的生长表型不仅会发生可塑性变化,而且也会受到个体发育改变的影响,该发现可为"基于植物可塑性响应策略"的速生丰产林高效养分管理技术的制定提供理论依据.
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金藻多糖对杂交鲟幼鱼（Acipenser baerii Brandt♀×A.schrenckii Brandt♂）生长性能、鱼体营养成分、血清指标及肠道菌群的影响
《四川农业大学学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】旨在研究金藻多糖对杂交鲟幼鱼生长性能、鱼体营养成分、血清指标和肠道菌群的影响。【方法】选用270尾杂交鲟幼鱼，随机分为3组，每组设置3个重复，每个重复放30尾鱼。各组分别饲喂在基础饲料中添加0%(JZ-0，对照组)、0.3%(JZ-1)和0.6%(JZ-2)金藻多糖的饲料组。试验期为84 d。【结果】JZ-1和JZ-2组的饲料系数（FCR）显著低于JZ-0组（P<0.05）;JZ-2组的肥满度（CF）和饲料效率（FE）都显著性高于JZ-0(P<0.05)；成活率（SR）特定生长率（SGR），增重率（WGR），脏体比（VSI），肝体比（HSI）各组间无明显差异（P>0.05）。JZ-1和JZ-2组的全鱼和肝脏粗脂肪含量显著低于JZ-0组的（P<0.05）。与JZ-0组相比，JZ-1组和JZ-2组血清中谷草转氨酶（AST）和溶菌酶（LZM）活性显著升高（P<0.05）;JZ-2组谷丙转氨酶（ALT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性显著升高（P<0.05）。MiseqPE300测序结果显示，添加金藻多糖的各试验组肠道菌群的Chaol、Observed species、PD whole tree和Shannon指数显著高于JZ-0组，NMDS结果显示JZ-1和JZ-2与JZ-0在肠道微生物组成上存在显著差异；试验组肠道菌群中梭杆菌门和放线菌门的比例降低，厚壁菌门和拟杆菌门的比例增加；狭义梭菌属、分节丝状菌属丰度增加。【结论】从经济效益的角度考虑，饲料中添加0.3%的金藻多糖较好。
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萝卜养分需求特征及养分专家推荐施肥方法验证
《植物营养与肥料学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：[目的]针对我国萝卜生产缺乏先进高效的推荐施肥方法,以及肥料过量施用、肥料利用率低等问题,构建简单易操作的萝卜养分专家推荐施肥方法,并验证其适用性.[方法]以全国尺度萝卜田间试验产量和养分吸收数据库为基础,采用QUEFTS模型定量分析萝卜最佳养分需求量,建立基于产量反应和农学效率的萝卜推荐施肥方法,开发智能化的萝卜养分专家系统.于 2018-2020 年在天津、山东和北京开展了 63 个田间试验,包括推荐施肥方法对比试验和氮量级试验,并对萝卜养分专家系统的适用性进行验证.推荐施肥方法对比试验包括 6 个处理,分别为养分专家系统推荐施肥(NE)、农民习惯施肥(FP)、当地优化推荐施肥(ST)以及基于NE的不施氮(NE?N)、不施磷(NE?P)和不施钾(NE?K)处理;氮量级试验包括不施氮(N0)、NE、NE基础上减氮 60%(40%NE)、减氮 30%(70%NE)、增氮 30%(130%NE)和增氮 60%(160%NE)处理.萝卜收获后测定产量、经济效益、氮磷钾养分吸收、养分利用率、养分平衡等指标.[结果]1)QUEFTS模型模拟表明,在目标产量达到潜在产量的 70%范围内,萝卜养分需求量随肉质根产量的增加呈线性增加;生产 1t萝卜的氮、磷和钾养分需求量分别为 2.09、0.53 和 2.80 kg.萝卜对氮、磷和钾肥的产量反应平均为 16.1、8.9 和 9.1 t/hm2,农学效率平均分别为 95.3、96.7 和 57.7 kg/kg.2)田间验证结果显示,与FP处理相比,NE处理分别减施氮、磷、钾肥 40.0%、51.8%和 16.6%;与ST处理相比,NE处理分别减施氮、磷肥 19.9%、34.6%.与FP和ST相比,NE处理萝卜产量分别增加了 4.0 和 2.2 t/hm2,经济效益分别增加了 6509 和 1710 元/hm2,氮肥农学效率分别增加了 42.6 和 25.4 kg/kg,磷肥农学效率分别增加了 66.7 和 41.5 kg/kg,钾肥农学效率分别增加了 17.5 和 9.8 kg/kg,氮、磷、钾肥回收率分别增加了 12.4 和 7.1 个百分点、12.0 和 6.6 个百分点、11.8 和 5.5 个百分点,氮素(N)盈余量分别降低了 117.7 和 34.7 kg/hm2,磷素(P2O5)盈余量分别降低了 94.7 和 42.0 kg/hm2.春季和秋季萝卜产量最高施氮量平均分别为 221 和 201 kg/hm2,产量反应最高可分别达到 17.2 和 8.0 t/hm2;相比于产量最高时的施氮量,NE推荐施氮量分别减少了 24.4%和 16.9%,但其产量反应分别达到最高水平的 95.3%和96.2%.[结论]影响我国萝卜产量的首要限制因子是氮素,其次是磷和钾,产量反应和农学效率较低,这表明长期过量施肥提高了我国菜地土壤基础肥力.基于产量反应和农学效率建立的萝卜养分专家智能化推荐施肥方法,其氮和磷推荐量较习惯施肥分别显著降低了 40.0%和 51.8%,在北京、天津和山东等萝卜主产区的田间验证试验均实现了化肥减施增效,且降低了氮、磷盈余引起的环境风险.因此,养分专家智能化推荐施肥方法在我国萝卜生产中的应用前景广阔.
关键词： 萝卜养分需求 养分专家系统 推荐施肥 QUEFTS模型
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基于产量反应和农学效率的小麦智能化推荐施肥方法研究
《植物营养与肥料学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：[目的]为更准确地优化小麦肥料用量,提高肥料利用效率,我们基于产量反应和农学效率,分别建立了适用于长江流域和北方地区的小麦养分专家系统(NE),并采用大量田间试验验证了其可行性.[方法]收集汇总来自于国际植物营养研究所中国项目部、团队研究以及公开发表的多年多点小麦田间试验结果,建立产量和养分吸收数据库,采用QUEFTS模型分析不同种植区域小麦养分吸收特征,分析小麦产量反应、农学效率和相对产量参数及其内在联系,构建施肥模型,开发小麦养分专家系统.于 2011-2020 年,在小麦主产区 11 省份开展了 467 个田间试验对系统进行校正和改进.每个试验包括 6 个处理:小麦养分专家系统推荐施肥(NE)、农民习惯施肥(FP)、土壤测试施肥(ST)以及基于NE的不施氮、不施磷和不施钾处理.调查了小麦产量、经济效益、养分回收率和肥料农学效率.[结果]1)将数据分为北方地区和长江流域两部分,经QUEFTS模型模拟小麦养分吸收结果显示,每生产 1t小麦籽粒地上部所需氮、磷和钾养分北方地区为 25.6、4.6 和 20.1 kg,长江流域为 20.6、3.9 和 16.1 kg;小麦对氮、磷和钾肥的平均产量反应北方地区为 1.69、0.85 和 0.69 t/hm2,长江流域为 2.60、0.99 和 0.72 t/hm2;小麦氮、磷和钾肥的平均农学效率北方地区为 8.7、8.9 和 7.0 kg/kg,长江流域为12.6、12.2 和 8.4 kg/kg;小麦氮、磷和钾养分的平均相对产量北方地区为 0.76、0.88 和 0.90,长江流域为0.59、0.83 和 0.87.2)田间试验结果显示,与FP处理相比,我国北方地区和长江流域NE处理氮和磷肥用量平均分别减少了 37.4%和 26.1%,钾肥用量增加了 39.2%;与ST处理相比,氮、磷肥用量分别减少了 18.2%、14.1%,而钾肥用量相当.NE处理的产量和经济效益较FP处理分别增加了 0.22 t/hm2 和 998 元/hm2,与ST处理产量相同,但经济效益增加了260元/hm2.NE处理氮肥回收率较FP和ST处理分别增加了12.9和4.6个百分点,农学效率分别增加了 4.0 和 1.5 kg/kg;磷肥回收率分别增加了 5.7 和 1.1 个百分点,农学效率分别增加了2.9 和 0.6 kg/kg;钾肥回收率较FP处理提高了 2.0 个百分点,与ST处理相当.[结论]我国北方生产 1t小麦所需的氮、钾养分量高于长江流域,两个区域磷养分需求量差异较小.长江流域小麦产量对氮肥的反应以及氮肥农学效率均高于北方,两个区域磷肥和钾肥的产量反应和农学效率差异较小.经多年多点田间试验证实,分区域建立的小麦养分专家系统进行施肥推荐,可保证小麦产量,增加农民经济效益,提高肥料利用率,是解决我国小麦种植区小农户推荐施肥难题的科学方法.
关键词： 小麦养分专家系统 QUEFTS模型 产量反应 农学效率 养分利用率
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‘红颜’草莓果实成熟过程中花色苷积累及合成途径基因表达的分析
《食品工业科技 》 2023 北大核心
摘要：为探究‘红颜’草莓果实成熟过程中花色苷积累和合成相关基因表达规律，以‘红颜’草莓白果期（white fruit,WF）、转色期（initial ripening fruit,IR）、半红期（part ripening fruit,PR）、全红期（full ripe fruit,FR）四个发育时期果实为研究对象，采用高效液相色谱-串联质谱方法对其花色苷物质进行定性和定量分析，并测定不同发育过程中的花色苷生物合成途径中结构基因表达水平，以期为草莓果实花色苷代谢以及色泽品质调控提供理论依据。结果表明：‘红颜’草莓中有24种花色苷化合物和4种原花青素，随着果实成熟，总花色苷含量逐渐增加，原花青素含量逐渐降低。各发育时期的差异代谢物质主要是天竺葵素和矢车菊素。其中天竺葵素-3-O-葡萄糖苷、天竺葵素-3-O-芸香糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷是花色苷中的主要物质，在‘红颜’草莓全熟期时，分别占花色苷总量的79.7%,14.1%和3.56%。实时定量PCR分析表明，花色苷合成途径基因FaPAL1、FaC4H、FaF3H、FaANS、FaUFGT和转录因子FaMYB10表达水平随果实发育逐渐升高。综上所述，‘红颜’草莓果实的花色苷含量随果实成熟逐渐积累，花色苷差异代谢的物质包含天竺葵素和矢车菊素，花色苷合成途径相关结构基因FaPAL1、FaC4H、FaF3H、FaANS、FaUFGT表达水平影响果实花色苷的积累。
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